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Inquinamento: come altera le cellule, il metabolismo e le nostre difese cellulari

Un nuovo studio dell’Università di Buffalo basato sui livelli prima, durante e dopo le Olimpiadi di Pechino rivela come l’inquinamento atmosferico colpisce il corpo umano a livello dei metaboliti. I ricercatori hanno scoperto che 69 metaboliti sono cambiati significativamente quando l’inquinamento atmosferico è cambiato. I loro risultati sono stati pubblicati questa settimana nella rivista Environmental Health Perspectives. Lo studio fornisce ai ricercatori una visione più ampia del meccanismo molecolare alla base dell’impatto dell’inquinamento atmosferico sul corpo umano. La maggior parte degli studi precedenti riguardava solo un piccolo numero di molecole. Tuttavia, il corpo umano è complesso e le molecole si influenzano a vicenda. I metaboliti sono piccole molecole che sono i prodotti finali delle esposizioni ambientali, come l’inquinamento atmosferico e il metabolismo stesso. Pensando al nostro corpo come una società, i metaboliti soddisfano posizioni diverse, come insegnanti, agricoltori, lavoratori, soldati. Hanno bisogno che ognuno funzioni correttamente per mantenere un sistema sano.

La ricerca ha identificato due principali segni metabolici, uno costituito da lipidi e un secondo che includeva dipeptidi, acidi grassi polinsaturi, taurina e xantina. Molti di questi metaboliti sono coinvolti nello stress ossidativo, nell’infiammazione, nei sistemi cardiovascolari e nervosi. Le scoperte sono basate sullo studio sull’inquinamento atmosferico di Pechino, condotto durante i Giochi Olimpici del 2008 in Cina, quando sono stati implementati controlli temporanei dell’inquinamento atmosferico. Lo studio ha arruolato 201 adulti prima dell’iniziativa di miglioramento della qualità dell’aria di Pechino, quando l’inquinamento atmosferico era alto. I ricercatori li hanno seguiti durante i Giochi, quando l’inquinamento atmosferico era basso, e in seguito, quando i livelli sono tornati ai loro soliti alti nella città di 21 milioni di persone. Un sottoinsieme di 26 non fumatori di età compresa tra 30 e 65 anni è stato selezionato per l’analisi metabolomica. Le molecole appartenevano principalmente alle famiglie dei lipidi e dei dipeptidi.

La dottoressa Lina Mu e i suoi colleghi hanno usato il metodo “omics”, una nuova piattaforma che può misurare simultaneamente un’intera collezione di tutti i metaboliti rilevabili (886 nel loro studio). Invece di esaminare queste molecole una per una, gli scienziati hanno utilizzato l’analisi di rete per analizzarle tutte insieme. I ricercatori hanno misurato ripetutamente la metabolomica quando l’inquinamento atmosferico era alto, basso e alto. Tale progetto imitava un “esperimento naturale” controllando al contempo variazioni non correlate ai cambiamenti dell’inquinamento atmosferico. Ciò ha fornito prove più forti rispetto agli studi precedenti. L’inquinamento atmosferico è un’esposizione ambientale che non può essere evitata da persone che vivono in posti come Pechino. L’OMS riferisce che il 91% della popolazione mondiale vive in luoghi dove la qualità dell’aria supera le linee guida dell’OMS. Una volta inalati, gli inquinanti atmosferici stimolano il sistema respiratorio del corpo, compresi il naso e i polmoni.

Alcune cellule del corpo possono essere direttamente insultate da questi inquinanti atmosferici, la loro membrana può essere rotta, la loro secrezione può essere disordinata e possono inviare molecole di segnalazione ad altri organi per successive risposte. I metaboliti sono tutte queste membrane rotte, prodotti e segnali secreti. L’inquinamento atmosferico induce anche lo stress ossidativo cellulare, che rompe le membrane cellulari. I ricercatori hanno scoperto che alcune molecole che fungono da elementi costitutivi delle membrane cellulari erano elevate quando i livelli di inquinamento atmosferico aumentavano. Le membrane cellulari rotte rilasciano diversi tipi di molecole lipidiche. Alcune di queste molecole lipidiche, con l’aiuto di enzimi, mutano a molecole infiammatorie che potrebbero essere dannose per l’organismo. Le risposte includono instabilità cellulare, stress ossidativo, antiossidazione e infiammazione.

Le analisi hanno rivelato una curiosità: la presenza di dipeptidi, sequenze costituite da due soli aminoacidi. Fra le decine si combinazioni sono stati rilevati maggiormente isoleucil-glicina (IG), treonil-fenilalanina (TF), alanil-triptofano (AW) e gamma-glutamil-treonina (gGT), la cui presenza ed il significato biologico sono oscuri per i ricercatori. Tuttavia, i gamma glutamil-derivati sono correlati al metabolismo del glutatione (GSH), il maggiore antiossidante cellulare. Questo vuol dire che quando i livelli di inquinamento erano più alti, il grado infiammatorio ed ossidativo globale nelle persone esposte erano più alti parimenti. La presenza di ipoxantina e xantina, basi puriniche, sono stati correlati col degrado degli acidi nucleici conseguenti aduno stress ossidativo piuttosto marcato. Dalla loro trasformazione finale deriva l’acido urico, che ha invece una certa azione antiossidante. Ciò significa che il sistema cerca di tamponare il danno molecolare e sfrutta il metabolismo stesso come potenziale difesa.

Altre sostanze rilevate dalla analisi sono proprio dei derivati trasformati di antiossidanti, l’acido ascorbico (la vitamina C) e dei derivati del tocoferolo (la vitamina E). I ricercatori hanno perciò concluso che l’inquinamento atmosferico è una fonte di stress ossidativo per l’organismo. Rachael Hageman Blair, professoressa associata di Biostatistica presso la UB, ha commentato positivamente: “Abbiamo scoperto che questi metaboliti insieme rappresentavano un quadro relativamente completo delle risposte del corpo umano all’inquinamento atmosferico. Oltre a prodotti di degradazione è significativo l’avere ritrovato sostanze antiossidanti come l’acido ascorbico e la taurina. Studi come questo possono aiutare a identificare le persone più vulnerabili all’inquinamento atmosferico, come oltre a trovare potenziali percorsi biologici per guidare il trattamento che riduce i danni al corpo”.

  • A cura del Dr. Gianfrancesco Cormaci, PhD, specialista in Biochimica Clinica.

Pubblicazioni scientifiche

Mu L et al. Environ Health Perspect. 2019 May; 127(5):57010.

Park M et al., Kim S. J Hazard Mater. 2019 May; 376:112-124.

van Veldhoven K, Kiss A et al. Environ Int. 2019; 123:124-131.

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Dott. Gianfrancesco Cormaci
Dott. Gianfrancesco Cormaci
Laurea in Medicina e Chirurgia nel 1998, specialista in Biochimica Clinica dal 2002, ha conseguito dottorato in Neurobiologia nel 2006. Ex-ricercatore, ha trascorso 5 anni negli USA alle dipendenze dell' NIH/NIDA e poi della Johns Hopkins University. Guardia medica presso la casa di Cura Sant'Agata a Catania. In libera professione, si occupa di Medicina Preventiva personalizzata e intolleranze alimentari. Detentore di un brevetto per la fabbricazione di sfarinati gluten-free a partire da regolare farina di grano. Responsabile della sezione R&D della CoFood s.r.l. per la ricerca e sviluppo di nuovi prodotti alimentari, inclusi quelli a fini medici speciali.

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